一、导体对电流的阻碍作用——电阻
常用的导线通常是用铜或铝做的,特别重要的用电设备的导线还要用昂贵的银来做.钢铁也是导体,又多又便宜,那么,为什么不用钢铁来做导线呢?
实验 1 按图 7—1 所示将长 2 米、横截面积为 1 毫米 2 的锰铜线 AB 连入电路,闭合开关,观察电流表的示数;用同样长度和横截面积的镍铬合金线 CD 代替 AB,再接通电源,观察电流表的示数.比较这两次的电流值.
■图 7—1
电阻的大小和单位 从上述实验看到,在相同的电压下,通过锰铜线的电流,比通过镍铬合金线的电流大.
这是什么原因呢?原来,导体虽容易导电,却同时对电流有阻碍作用.在相同的电压下,通过锰铜线的电流较大,表明锰铜线对电流的阻碍作用较小;通过镍铬合金线的电流较小,表明镍铬合金线对电流的阻碍作用较大.在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小.导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大.不同的导体,电阻一般不同, 电阻是导体本身的一种性质.
导体的电阻在国际上通常用字母 R 表示,电阻的单位是欧姆,简称欧, 符号是Ω①.如果导体两端的电压是 1 伏,通过的电流是 1 安,这段导体的
电阻就是 1 欧.比较大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ),它们的换算关系如下:
1 兆欧=1000 千欧,
1 千欧=1000 欧.
手电筒的小灯泡,灯丝的电阻为几欧到十几欧;日常用的白炽灯,灯丝的电阻为几百欧到几千欧.实验室用的约 1 米长的铜导线,电阻小于百分之几欧,通常可以略去不计.
在电子技术中,要经常用到具有一定阻值的元件——电阻器,也叫做定值电阻,简称电阻(图 7—2).
■图 7—2 几种电阻器的外形.右上角是它们在电路中的符号.
决定电阻大小的因素 在实验 1 里,锰铜线和镍铬合金线是用不同材料制成的,它们的长短、粗细都相同,但是对电流的阻碍作用却不同, 这说明电阻的大小跟导体的材料有关.
我们再考虑了一下,用相同材料做的导体,电阻的大小还跟哪些因素有关呢?
实验 2 在图 7—1 所示的实验中,改用横截面积相同而长度不同的两条镍铬合金线(图 7—3),分别将它们接入电路,观察电流表的示数.
■图 7—3 导体的电阻跟长度有关
实验结果表明,较长的镍铬合金线中电流小.可见导体的电阻跟它的长度有关系:导线越长,电阻越大.
实验 3 再改用长度相同而横截面积不同的两条镍铬合金线(图 7— 4),分别接入电路,比较通过它们的电流大小.
① Ω:希腊字母,汉语拼音读法是 omiga.
■图 7—4 导体的电阻跟横截面积有关
实验结果表明,横截面积较小的镍铬合金线中电流小.可见导体的电阻跟它的横截面积有关系:横截面积越小,电阻越大.
导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积.
实验 4 把日光灯的灯丝(钨丝)或用细铁丝绕制的线圈,按图 7—5 接入电路.缓慢地给灯丝或线圈加热,注意观察加热前后电流表的示数有什么变化.
■图 7—5 导体的电阻跟温度有关
我们看到,导体被加热后,电路中的电流减小了,表明导体的电阻增大了.可见,导体的电阻还跟温度有关系.对大多数导体来说,温度越高, 电阻越大.但也有少数导体,电阻随温度的升高而减小.
下面列出了一些材料制成的长 1 米、横截面积 1 毫米 2 的导线在 20℃ 时的电阻值①
导 线 |
电 阻(欧) |
---|---|
银 |
0.016 |
铜 |
0.017 |
铝 |
0.027 |
钨 |
0.052 |
铁 |
0.096 |
锰铜(铜、锰、镍的合金) |
0.44 |
镍铬合金(镍、铬、铁锰的合金) |
1.1 |
想想议议 假如让你架设一条输电线路,在铝线和铁线之间,你选用哪种?说说你的理由.
练 习
1.有两段导体 1 和 2,在相同的电压下,通过导线 1 的电流较大,通
过导线 2 的电流较小,哪段导线的电阻大? 2.电阻的单位是 ,简称 .
3.24 000 欧= 千欧= 兆欧.
4.导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于导体的 、
、 和 .
① 在国际单位制中,某种材料制成的长度为 1 米、横截面积为 1 米 2 的导线的电阻,叫做这种材料的电阻率.